CN113174137A - 一种低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料及其制备方法，包括：(1)将中空玻璃微珠和液态硅橡胶预聚物按比例充分混合，得到共混料；(2)在基片上旋涂一层热固化涂料，并在热板上加热固化得到牺牲层；(3)将共混料浇入模具或者旋涂在制有牺牲层的基片上，得到初胚；(4)将初胚放入真空设备进行脱气处理，去除初胚内部空气；(5)将脱气后的初胚放入烘箱或者热板进行加热固化；(6)将初胚直接脱模，或者放入释放溶剂中浸泡，溶解牺牲层从而释放得到隔热保温柔性复合材料。利用本发明制得的材料内部孔隙率高、密度小、整体热传导系数极低，可以隔绝高温物体的热量散失。
Description
技术领域
本发明涉及保温隔热柔性复合材料，尤其是涉及一种低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料及其制备方法。
背景技术
随着经济的快速发展，节能环保一直是一项重要政策。在工业和日常生活中，许多能源以热能的方式被耗散、浪费。因此保温隔热材料具有巨大的应用场景。
目前常见的保温隔热材料按其内部结构可分为三类：1)多孔纤维材料；2)有机高分子泡沫材料；3)多孔颗粒材料。
如公开号为CN106082791A的中国专利文献公开了一种隔热防水建筑保温石棉板；公开号为CN212453220U的中国专利文献公开了一种保温隔热防水复合墙板建筑结构，保温隔热防水层为挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板或聚氨酯泡沫塑料板；公开号为CN1253924A的中国专利文献公开了孔硅酸钙的制作方法及含微孔硅酸钙的隔热保温灰。
多孔纤维材料(如石棉，玻璃棉等)由于自身强度低、易碎且导热系数高，在低导热领域的应用受到了限制。有机高分子泡沫材料(如聚苯乙烯泡沫，聚氨酯泡沫等)制备工艺复杂且在长期使用时存在潜在的散发有毒物质的可能；多孔颗粒材料(如微孔硅酸钙，二氧化硅气凝胶)具有低导热率、高孔隙率的特性，在高温隔热领域应用较广，但是其大多是较脆的状态或者不具备柔性。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料及其制备方法，制得的材料内部孔隙率高、密度小、整体热传导系数极低，可以隔绝高温物体的热量散失，从而起到保温隔热的作用。
一种低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将中空玻璃微珠和液态硅橡胶预聚物按比例充分混合，得到共混料；
所述中空玻璃微珠是球形玻璃外壳且内部为空气或真空的粉末状材料，中空玻璃微珠的粒径为15-135微米，中空玻璃微珠的玻璃外壳厚度为1-2微米；所述的液态硅橡胶预聚物采用热硫化型硅橡胶材料或室温硫化型硅橡胶材料；
(2)在基片上旋涂一层热固化涂料，并在热板上加热固化得到牺牲层；
(3)将得到的共混料直接旋涂在制有牺牲层的基片上，或者浇筑在没有牺牲层的模具中，得到初胚；
(4)将初胚放入真空设备进行脱气处理，去除初胚内部空气；
(5)将脱气后的初胚放入烘箱或者热板进行加热固化；
(6)将固化后的初胚放入释放溶剂中浸泡，溶解牺牲层从而释放得到低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料；
或者，将固化后的初胚从模具中直接脱模，得到低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料。
优选地，步骤(1)中，所述中空玻璃微珠的玻璃外壳材质为碱石灰硼硅酸玻璃。因为碱石灰鹏硅酸玻璃具有抗压强度高和导热系数低的特点。
优选地，液态硅橡胶预聚物采用以聚二甲基硅氧烷为基体的热硫化型硅橡胶。聚二甲基硅氧烷预聚物是其本体和固化剂的混合物，本体和固化剂的质量比优选为10：1。聚二甲基硅氧烷硅胶的无毒无异味，具有良好的化学稳定性，且流动性好易于和中空玻璃微珠融合。
优选地，步骤(1)中，中空玻璃微珠质量占共混物总质量的0％-25％之间，进一步优选，中空玻璃微珠质量占共混物总质量的25％。过高比例的掺杂，会引起最终加热不固化和柔韧性降低的情况。
优选地，步骤(1)中，将中空玻璃微珠和液态硅橡胶预聚物放入具有搅拌功能的混料设备中进行混合。充分的机械搅拌会增加复合材料的均匀性。
优选地，步骤(2)中，所述的基片为直径50-100毫米、厚度0.5-2毫米的玻璃片或者硅片。
优选地，步骤(2)中，所述热固化涂料为光刻胶或者水溶性的聚苯乙烯磺酸钠溶液。光刻胶牺牲层薄且易于制备。聚苯乙烯磺酸钠溶液易溶于水，可快速牺牲。
优选地，步骤(2)中，热固化涂料的旋涂选择匀胶机，转速优选1000-4000rpm，旋涂时长优选40-120秒。
步骤(3)中，模具可以是规则图形凹槽或不规则图形凹槽。所述凹槽底面为光滑表面或具有结构的非光滑表面。模具的材质为铝合金或聚四氟乙烯，模具的凹槽深度为0.05-3毫米。
优选地，步骤(4)中，脱气处理的时长为4-12小时。
步骤(5)中，将脱气后的初胚放入烘箱进行加热固化，烘箱温度为85摄氏度，加热时间4小时。
步骤(6)中，所述释放溶剂的选择由牺牲层决定，当牺牲层的热固化涂料为光刻胶时，释放溶剂选择丙酮；当牺牲层的热固化涂料为聚苯乙烯磺酸钠时，释放溶剂选择水。
本发明还提供了一种低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料，采用上述制备方法制备。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明制备的保温隔热柔性复合材料，内部孔隙率高、密度小、整体热传导系数极低，可以隔绝高温物体的热量散失，从而起到保温隔热的作用。此外，柔性复合材料基体柔软的特性扩大了保温隔热材料的应用范围，可应用于建筑、能源等领域，起到保温隔热作用。
附图说明
图1为本发明实施例中不同比例中空玻璃微珠对应的材料热传导系数图；
图2为本发明实施例中不同比例中空玻璃微珠对应的材料弹性模量和最大拉伸率图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
一种低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料
将中空玻璃微珠和液态硅橡胶预聚物按比例充分混合，得到共混料。具体的，将中空玻璃微珠和液态硅橡胶预聚物放入具有搅拌功能的混料设备中进行混合。使用上述具有搅拌功能的混料设备时，设置的搅拌速度为800rpm，时长10分钟。
中空玻璃微珠可以在市面上采购。真实密度在0.125-0.6克/立方厘米之间。玻璃外壳为碱石灰硅酸鹏玻璃。
液态硅橡胶预聚物选择聚二甲基硅氧烷预聚物为优选，由本体和固化剂按照质量比10:1的比例混合而成。
本实施例中，中空玻璃微珠质量占共混物总质量的25％。
(2)牺牲层：在基片上旋涂一层热固化涂料，并在热板上加热固化得到牺牲层。
具体的，热固化涂料选择光刻胶。旋涂选择匀胶机，转速3000rpm，旋涂时长优选40秒。
(3)浇筑：将所述共混料旋涂在制有牺牲层的基片上，得到初胚。
具体的，基片为直径100毫米，厚度1毫米的圆形玻璃片。旋涂为使用匀胶机以1000rpm的转速旋涂15秒。
(4)真空：将初胚放入真空设备进行脱气处理，去除共混料内部空气。
(5)固化成型：将初胚放入烘箱或者热板加热固化，得到保温隔热复合材料。
具体的，成型条件为：用烤箱进行85摄氏度保持4小时的热处理。
(6)释放：将初胚放入丙酮中浸泡，溶解牺牲层，从而释放得到隔热保温柔性复合材料。
为验证本发明的效果，将采用上述方法制备得到的保温隔热柔性复合材料进行以下测试。
测试数据1-热传导系数。
本实施例制备了不掺杂中空玻璃微珠、掺杂比例5％、掺杂比例10％、掺杂比例15％、掺杂比例20％和掺杂比例25％共六种保温隔热柔性复合材料。对每一种样品进行测定了热传导系数，证明了掺杂中空玻璃微珠可以显著降低材料的热传导系数，从而达到保温隔热效果，如图1所示。
测试数据2-弹性模量和最大拉伸率。
本实施例制备了不掺杂中空玻璃微珠、掺杂比例5％、掺杂比例10％、掺杂比例15％、掺杂比例20％和掺杂比例25％共六种保温隔热柔性复合材料。对每一种样品进行拉伸断裂实验，分析实验数据得到了每种样品的弹性模量和最大拉伸率。弹性模量表示其软硬程度，最大拉伸率表示其柔韧性性。实验结果如图2所示。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将中空玻璃微珠和液态硅橡胶预聚物按比例充分混合，得到共混料；
所述中空玻璃微珠是球形玻璃外壳且内部为空气或真空的粉末状材料，中空玻璃微珠的粒径为15-135微米，中空玻璃微珠的玻璃外壳厚度为1-2微米；所述的液态硅橡胶预聚物采用热硫化型硅橡胶材料或室温硫化型硅橡胶材料；
(2)在基片上旋涂一层热固化涂料，并在热板上加热固化得到牺牲层；
(3)将得到的共混料直接旋涂在制有牺牲层的基片上，或者浇筑在没有牺牲层的模具中，得到初胚；
(4)将初胚放入真空设备进行脱气处理，去除初胚内部空气；
(5)将脱气后的初胚放入烘箱或者热板进行加热固化；
(6)将固化后的初胚放入释放溶剂中浸泡，溶解牺牲层从而释放得到低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料；
或者，将固化后的初胚从模具中直接脱模，得到低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料。
2.根据权利要求1所述的低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述中空玻璃微珠的质量占共混物总质量的0％-25％。
3.根据权利要求1所述的低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料的制备方法，其特征在于，所述液态硅橡胶预聚物采用以聚二甲基硅氧烷为基体的热硫化型硅橡胶。
4.根据权利要求1所述的低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的基片为直径50-100毫米、厚度0.5-2毫米的玻璃片或者硅片。
5.根据权利要求1所述的低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述热固化涂料为光刻胶或者水溶性的聚苯乙烯磺酸钠溶液。
6.根据权利要求1所述的低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述模具的材质为铝合金或聚四氟乙烯，模具的凹槽深度为0.05-3毫米。
7.根据权利要求1所述的低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，脱气处理的时长为4-12小时。
8.根据权利要求1所述的低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，将脱气后的初胚放入烘箱进行加热固化，烘箱温度为85摄氏度，加热时间4小时。
9.根据权利要求1所述的低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述释放溶剂的选择由牺牲层决定，当牺牲层的热固化涂料为光刻胶时，释放溶剂选择丙酮；当牺牲层的热固化涂料为聚苯乙烯磺酸钠时，释放溶剂选择水。
10.一种低导热系数和高孔隙率的保温隔热柔性复合材料，其特征在于，采用权利要求1～9任意所述的制备方法制备。
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